CN101177336B - 一种铝锰玻璃粉及其在a-Al2O3单晶片的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝锰玻璃粉及其在a-Al2O3单晶片的应用，所述的铝锰玻璃粉包括重量浓度为MnO:50～55％、Al2O3:25～30％、SiO2:15-20％、TiO2:1～2％，铝锰玻璃粉的粒度2～3μm，纯度不小于99。本发明与现有技术相比，通过铝锰玻璃粉的配方提高了a-Al2O3单晶片中的玻璃相，使金属化层与单晶片的反应活性增强，提高了a-Al2O3单晶片与金属封接件的封接强度，降低了封接件的漏气率，与钼铜镍合金等金属件焊接后，抗拉强度比原来提高了70％，金属化的烧结温度由1500℃降至1300-1360℃，大大降低了对设备的要求，并节约了大量能源。
Description
技术领域：
本发明属于一种用于微波输能窗的铝锰玻璃粉及在氧化铝陶瓷中的应用，特别属于用于耦合腔行波管器件上铝锰玻璃粉及其在a-Al2O3单晶片的应用。
背景技术
微波真空器件广泛应用于雷达、电子对抗、卫星通讯等国防和重点工程，被誉为电子系统的“心脏”。目前微波真空器件正向大功率、高效率、宽频带、长寿命方向发展。在微波真空器件结构中，传送微波的窗体一般具有良好的高频透过率，它的作用是将微波器件内部产生的能量通过输出窗送到外波导或是外部调谐腔。大功率微波器件对能量输出窗提出了极高的要求，主要是要求输出窗要具有高频透过率高、介电损耗小、良好的热导率、极强的抗热震性和抗裂性等，为此必须选用氧化铝单晶替代传统的95-Al2O3瓷和BeO瓷作为能量输出窗窗瓷。
氧化铝单晶具有热导率高、介电强度大等优点，特别是它的高频透过率比普通氧化铝陶瓷高出很多，非常适合制作大功率微波器件。然而随之带来是氧化铝单晶与金属封接的问题。目前国内外广泛采用的活化Mo-Mn法的主要机理是利用金属化材料中活化剂玻璃相的迁移，与陶瓷发生物化反应，使陶瓷与金属化材料紧密结合，而氧化铝单晶由于纯度高，在无液相条件下的固相烧结过程中没有玻璃相，单晶与金属化材料的结合完全依赖固相反应，封接强度大大下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种使a-Al2O3单晶片封接强度高的铝锰玻璃粉及其制备、使用方法。
本发明解决技术问题的技术方案为：一种铝锰玻璃粉，包括重量浓度为MnO: (50～55)％、Al2O3：(25～30)％、SiO2：(15-20)％、TiO2：(1～2)％，铝锰玻璃粉的粒度(2～3)μm，纯度不小于99％。
玻璃粉中的二氧化钛能改进a-Al2O3单晶片金属化烧结，促进玻璃相的互相渗透。
一种铝锰玻璃粉在a-Al2O3单晶片的应用，将铝锰玻璃粉与钼粉混合后，涂在a-Al2O3单晶片上，将a-Al2O3单晶片放入金属化烧结炉中，烧结温度(1300～1360)℃，保温(40～60)min，1000℃以上控制其露点为(15±5)℃。烧结氛围为氢氮气体，氢气、氮气体积比为1∶(0.5～1)，钼粉重量浓度(65～75)％，铝锰玻璃粉余量。
所述的钼粉为纯度≥99％，粉末应为没有外来杂质的灰色，平均粒度3μm，小于5μm的应不少于92％。
所述的铝锰玻璃粉与钼粉的混合方法为：
a)将钼粉放入(1000～1050)℃氢炉内进行还原处理，保温(15～20)min；
b)将钼粉与铝锰玻璃粉和玛瑙球放入球磨罐中，球磨至粒度为小于4μm；
c)向球磨混合好的粉料中加入乙酸丁酯和草酸二已酯以及硝棉，然后再在球磨机上混合均匀。
在b工序中，钼粉、铝锰玻璃粉、玛瑙球的重量比为(6～8)∶(2～4)∶20。
在c工序中乙酸丁酯和草酸二已酯以及硝棉与钼粉的体积、重量比为(20～30)ml∶(10～20)ml∶(40～60)ml∶70g。
一种铝锰玻璃粉的制备方法，先将石英粉加纯水和玛瑙球按照重量比1∶(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)球磨混合均匀，然后按照配方中比例加入其它原料，球磨混合均匀；将上述均匀混合物放入氢炉中，烧结氛围为氢氮混合气体，氢气、氮气体积比为1∶(0.5～1)，将混合物在(1130～1170)℃保温(15～20)min、升温至(1330～1370)℃，保温(80～90)min，冷却至室温；将上述烧 结物加丙酮和玛瑙球进行球磨，直至粒度达到(2～3)μm即可。
烧结物、丙酮、玛瑙球的重量比为烧结物∶丙酮∶玛瑙球＝1∶(1.5～2)∶(5～8)。
申请人认为，由于铝锰玻璃粉含有玻璃相，在制作铝锰玻璃粉的过程中使生成玻璃相的原料进行熔化烧结形成玻璃相，加速了下一步金属化烧结中玻璃相的迁移，弥补了a-Al2O3单晶片本身不含玻璃相的缺点。同时铝锰玻璃粉在金属化烧结时熔化生成玻璃态熔融体，它在金属化层中扩散与渗透，填充钼海绵层中的间隙，并浸润略微氧化的钼海绵表面，并对陶瓷表面处晶粒产生溶解作用，这就使陶瓷与钼层封接在一起，金属化因此完成。
本发明与现有技术相比，通过铝锰玻璃粉的配方提高了a-Al2O3单晶片中的玻璃相，使金属化层与单晶片的反应活性增强，提高了a-Al2O3单晶片与金属封接件的封接强度，降低了封接件的漏气率，与钼铜镍合金等金属件焊接后，抗拉强度比原来提高了70％，金属化的烧结温度由1500℃降至(1300～1360)℃，大大降低了对设备的要求，并节约了大量能源。
具体实施方式：
本发明的封接强度按照SJ3226-199标准进行检测。
本发明的漏气率按照SJ20600-1996标准进行检测。
实施例1：
1、铝锰玻璃粉的制备工序：
先将石英粉60克加60克纯水和60克玛瑙球，球磨混合均匀，然后再加入碱式碳酸锰140克，制作光学溶化玻璃的二氧化钛2克，电真空刚铝石40克球磨混合均匀；将上述均匀混合物放入氢炉中，烧结氛围为氢氮混合气体，其体积比为3∶2、将混合物在1150℃保温15min、升温至1350℃，保温80min，冷却至室温；将上述烧结物加丙酮和玛瑙球按照比例0.3kg∶700ml∶1.8kg进行球 磨，直至粒度达到(2～3)μm即可。
2、铝锰玻璃粉与钼粉的混合工序：
a)将钼粉放入(1000～1050)℃氢炉内进行还原处理，保温15min；
b)将步骤1制备的铝锰玻璃粉与钼粉、玛瑙球按重量比为3∶7∶20放入球磨罐中，球磨至粒度为小于4μm；
c)向球磨混合好的粉料中加入乙酸丁酯和草酸二已酯以及硝棉，乙酸丁酯和草酸二已酯以及硝棉，与钼粉的重量比为25ml∶15ml∶50ml∶70g，然后再在球磨机上混合均匀。
3、a-Al2O3单晶片的烧结工序：
将步骤2制备好的铝锰玻璃粉与钼粉的混合物，涂在a-Al2O3单晶片上，将a-Al2O3单晶片放入金属化烧结炉中，烧结温度1300℃，保温40min，1000℃以上控制其露点为15℃。烧结氛围为氢氮气体，其体积比为3∶2。
实施例2：除1、铝锰玻璃粉的制备工序为：
先将石英粉60克加60克纯水和60克玛瑙球，球磨混合均匀，然后再加入碱式碳酸锰143克，制作光学溶化玻璃的二氧化钛2.3克，电真空刚铝石38克球磨混合均匀；将上述均匀混合物放入氢炉中，烧结氛围为氢氮混合气体，其体积比为3∶2、将混合物在1150℃保温15min、升温至1350℃，保温80min，冷却至室温；将上述烧结物加丙酮和玛瑙求按照比例0.3kg∶700ml∶1.8kg进行球磨，直至粒度达到(2～3)μm即可。其余与实施例1相同。
实施例3：除1、铝锰玻璃粉的制备工序为：
先将石英粉60克加60克纯水和60克玛瑙球，球磨混合均匀，然后再加入碱式碳酸锰150克，制作光学溶化玻璃的二氧化钛2.5克，电真空刚铝石35克球磨混合均匀；将上述均匀混合物放入氢炉中，烧结氛围为氢氮混合气体，其体积比为3∶2、将混合物在1150℃保温15min、升温至1350℃，保温80min， 冷却至室温；将上述烧结物加丙酮和玛瑙求按照比例0.3kg：700ml：1.8kg进行球磨，直至粒度达到(2～3)μm即可。其余与实施例1相同。
实施例4：除3、a-Al2O3单晶片的烧结工序：为
将步骤2制备好的铝锰玻璃粉与钼粉的混合物，涂在a-Al2O3单晶片上，将a-Al2O3单晶片放入金属化烧结炉中，烧结温度1330℃，保温50min，1000℃以上控制其露点为10℃。烧结氛围为氢氮气体，其体积比为3：2外，其余与实施例2相同。
实施例5：除3、a-Al2O3单晶片的烧结工序：为
将步骤2制备好的铝锰玻璃粉与钼粉的混合物，涂在a-Al2O3单晶片上，将a-Al2O3单晶片放入金属化烧结炉中，烧结温度1360℃，保温60min，1000℃以上控制其露点为20℃。烧结氛围为氢氮气体，其体积比为3：2外，其余与实施例2相同。
实施例1—5所制备的a-Al2O3单晶片的技术指标如表1所示：
表1：
| 封接强度(MPa) | 漏气率(Pa·m3/S) | |
| 实施例1 | 46 | 0.89×10-10 |
| 实施例2 | 48 | 0.79×10-10 |
| 实施例3 | 45 | 0.83×10-10 |
| 实施例4 | 47 | 0.75×10-10 |
| 实施例5 | 49 | 0.86×10-10 |
Claims (2)
1.一种铝锰玻璃粉在a-Al2O3单晶片的应用，其特征在于：将铝锰玻璃粉与钼粉混合后，涂在a-Al2O3单晶片上，将a-Al2O3单晶片放入金属化烧结炉中，烧结温度1300～1360℃，保温40～60min，1000℃以上控制其露点为15±5℃，烧结氛围为氢氮气体，氢气、氮气体积比为1∶0.5～1，钼粉重量浓度65～75％，铝锰玻璃粉余量；
所述的铝锰玻璃粉包括重量浓度为MnO：50～55％、Al2O3：25～30％、SiO2：15-20％、TiO2：1～2％，铝锰玻璃粉的粒度2～3μm，纯度不小于99％。
2.根据权利要求1所述的一种铝锰玻璃粉在a-Al2O3单晶片的应用，其特征在于：所述的钼粉为纯度≥99％，粉末应为没有外来杂质的灰色，平均粒度3μm，小于5μm的应不少于92％。
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